随着经济社会的快速发展,各类工业及生活废弃物排放量增大,加之农业生产中化肥农药的过量施用,引发了一系列土壤环境问题。重金属镉（Cd）污染是其中较为突出的一种,对作物生产及人类健康产生了严重威胁。马铃薯（Solanum tuberosum L.）是最主要的“粮菜兼用”作物,其产业的健康发展是我国乃至全球粮食安全的核心。目前,马铃薯对Cd胁迫的响应机理尚不明晰,且缓解措施缺乏。因此,本研究对Cd胁迫下马铃薯的各类生理生化指标及产量品质进行了全面考察,以明确生理生化特性响应规律;为更深入地探索其潜在机理,基于转录组测序、生物信息学、植物遗传转化等技术研究了马铃薯响应Cd胁迫的RNA水平分子机制,并对马铃薯Cd耐受性调控手段进行了初步探索。主要研究结果如下:1、Cd胁迫下,马铃薯生长受到抑制,高浓度Cd处理下,株高茎粗均显著低于处理前。马铃薯抗氧化系统在Cd胁迫后发挥作用,SOD及POD活性随着各处理浓度的增加而升高,脯氨酸开始大量积累,谷胱甘肽含量在Cd浓度大于500μmol/L时显著升高。光合系统受到Cd胁迫的严重影响,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率整体趋势为随Cd浓度的升高而降低,胞间二氧化碳浓度持续升高。初始荧光在高浓度Cd处理下显著升高,暗适应最大荧光、可变荧光和PSII最大光化学量随胁迫浓度的升高而降低。叶绿素相对含量在Cd浓度大于500μmol/L时显著降低。叶片超微结构观察也显示,在高镉浓度处理下,细胞发生质壁分离,叶绿体受到破坏,基粒片层变得疏松。生长素（IAA）和玉米素（ZT）含量在处理后降低,水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和脱落酸（ABA）含量在处理后显著升高。根系木质素在Cd处理后持续累积。根系分泌有机酸含量在Cd胁迫后发生不同变化,整体随Cd胁迫浓度的升高而积累。2、Cd胁迫极大程度影响了马铃薯产量及产量构成,尤其高浓度Cd胁迫下会导致严重减产,且Cd浓度大于1000μmol/L时,大薯率为0,小薯率显著增加,烂薯率较高,商品薯率显著降低。马铃薯薯块品质在Cd胁迫后变劣,淀粉含量、可溶性蛋白含量和维生素C含量在Cd浓度大于500μmol/L时显著降低。3、随Cd胁迫时间的延长,马铃薯叶片逐渐萎蔫、卷曲,根系SA、GSH、木质素含量及POD活性升高,IAA、ZT含量逐渐降低。通过mi RNA-seq鉴定出161个已存在mi RNA,383个已知mi RNA及7361个新mi RNA;其中响应Cd胁迫差异表达的mi RNA有18个。基于m RNA-seq筛选出7340个差异表达m RNA。通过mi RNA-m RNA关联分析构建了由23个差异m RNA和33个mi RNA组成的mi RNA-靶基因调控网络。此外,发现“谷胱甘肽代谢”、“植物激素信号转导”和“苯丙烷合成”等3条通路在马铃薯应对镉胁迫时发挥重要作用;首次发现novel-m3483-5p通过靶向调控一个编码CAD的m RNA,在“苯丙烷生物合成”途径中行使功能。4、通过前期数据分析,筛选出了关键基因St CAD3,对St CAD3进行了家族分析,q RT-PCR分析显示,Cd会诱导St CADs的表达,且St CAD3上调倍数最大;将St CAD3转入拟南芥中发现,与野生型拟南芥相比,Cd胁迫48 h,转基因过表达St CAD3拟南芥植株的CAD含量显著高于野生型拟南芥。Cd胁迫96 h,转基因过表达St CAD3拟南芥植株的POD含量、木质素含量和谷胱甘肽含量显著高于野生型拟南芥。5、谷胱甘肽处理Cd胁迫下的马铃薯后,编码PAL、CAD和POD的基因表达量上升,且PAL、CAD和POD酶活性升高;木质素含量显著增加,且与基因PG0031457、PG0005359、PG0011640和PG0015106表达量呈正相关。此外,SA和JA含量均显著增加,编码TGA和PR1的基因上调,JAZ基因下调;同时IAA含量显著降低,AUX和ARF相关基因下调,转录抑制因子Aux/IAA基因上调。